(57)【要約】【課題】  耐久性を高めることが可能なチューブポンプを提供する。【解決手段】  略円形の内周面１２ａを有するケース１０と、前記ケース１０の内周面１２ａに沿って配置される弾性材料からなるチューブ３０と、前記チューブ３０の内側に配置され、前記チューブ３０を加圧するリング状の加圧部材１４と、前記加圧部材１４の内側に配置された回転軸１７の回転に伴って前記リング状の加圧部材１４の内周面上を転動するローラ２３とを備え、前記加圧部材１４は、前記ローラ２３の移動によって偏心運動し、前記チューブ３０を押圧する構成とした。【選択図】      図２
2005061329.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略円形の内周面を有するケースと、
前記ケースの内周面に沿って配置される弾性材料からなるチューブと、
前記チューブの内側に配置され、前記チューブを加圧するリング状の加圧部材と、
前記加圧部材の内側に配置された回転軸の回転に伴って前記リング状の加圧部材の内周面上を転動する回転体とを備え、
前記加圧部材は、前記回転体の移動によって偏心運動し、前記チューブを押圧する
ことを特徴とするチューブポンプ。
【請求項２】
前記回転体を前記加圧部材の内周面に向けて付勢する付勢手段を
更に具備することを特徴とする請求項１に記載のチューブポンプ。
【請求項３】
前記付勢手段による付勢力を解く解除手段を
更に具備することを特徴とする請求項２に記載のチューブポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チューブを加圧部材で順次押圧してポンプ作用を行うチューブポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、弾性材料からなるチューブを一方向に順次押圧することにより、チューブ内の流体あるいは気体を送出するように構成されたチューブポンプが知られている（例えば、特許文献１参照）。また、チューブポンプは、押圧箇所が真空化することでチューブ内に液体あるいは気体を自吸するため、一般的なポンプのように呼び水が不要となる。また、液体あるいは気体は、チューブを介して輸送され送出されることから、衛生上優れており、医療分野や食品加工分野などで幅広く利用されている。
【０００３】
チューブポンプには、チューブを押圧するための構成の違いに応じて幾つかの種類に分類され、その一つにリング式チューブポンプがある。リング式チューブポンプにあっては、円筒室の内周面に添わせてチューブが配置され、その内側にリング状の加圧部材が設けられ、さらにその内側にロータが配置されており、ロータが加圧部材の内周面に摺接しながら回転して加圧部材を円筒室の内周側に押圧し、この内周面に沿って加圧部材を円運動させることで、チューブを一方向に順次押圧する構造となっている。このような構造のものは、リング状の加圧部材の加圧部材を介してチューブを間接的に押圧するため、チューブをローラで直接押圧するものに比べ、チューブの損傷が少なく、長寿命のポンプが得られるという利点がある。
【特許文献１】特開平１１−１３６４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ロータがリング状の加圧部材の内周面上を摺動する際に、摩擦力により、リング状の加圧部材も円筒室の内周面に沿って回転移動してしまい、この回転によりチューブが引っ張られ損傷してしまう場合があるといった問題がある。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、耐久性を高めることが可能なチューブポンプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明は、略円形の内周面を有するケースと、前記ケースの内周面に沿って配置される弾性材料からなるチューブと、前記チューブの内側に配置され、前記チューブを加圧するリング状の加圧部材と、前記加圧部材の内側に配置された回転軸の回転に伴って前記リング状の加圧部材の内周面上を転動する回転体とを備え、前記加圧部材は、前記回転体の移動によって偏心運動し、前記チューブを押圧する構成のチューブポンプを提供する。
【０００６】
上記構成によれば、回転体が加圧部材の内周面を押圧しながら転がって移動することで加圧部材が偏心運動するため、加圧部材は、駆動源である回転体から転がり摩擦という比較的小さな摩擦力しか受けず、この回転体の移動に連動してリング状の加圧部材が回転軸の回りを自転してしまうのが防止され、これにより、リング状の加圧部材の自転によってチューブが引っ張られ損傷するのが防止される。
【０００７】
ここで、上記構成において、前記ロータを前記基体の内周面に方向に付勢する付勢手段を更に具備する構成が望ましい。この構成によれば、付勢手段の付勢力によりチューブが加圧部材により押圧されるため、回転体表面あるいはリング状の加圧部材の寸法が磨耗により変化したり、回転体とリング状の加圧部材との配置関係に多少ずれが生じたとしても、付勢力により、回転体と加圧部材との配置関係が適正に維持され、確実にチューブに押圧力を与えることができる。
【０００８】
また、上記望ましい構成において、前記付勢手段による付勢力を解く解除手段を更に具備する構成が望ましい。この構成によれば、付勢力を解除することで、チューブへの押圧力を解除でき、当該チューブポンプにポンプ動作をさせないとき（例えば出荷時など）には、チューブに対して加圧部材から押圧力を与えない状態とすることが可能となり、常に押圧したためにチューブの弾性力が失われてしまうといった事が防止される。
【０００９】
なお、上記課題を解決するための手段の構成を、望ましい構成を含めて説明したが、これらの構成に加え、更に、以下のような構成を加えても良い。
【００１０】
例えば、上記付勢手段は、バネにより前記回転体を付勢する構成であっても良い。
また例えば、前記回転軸を略中心とした前記加圧部材の自転を規制する規制手段を更に備える構成としても良い。
また、前記加圧部材により押圧した際に、前記チューブの一部が前記加圧部材と前記円筒室の内周面との間から逃げ出すのを防止する逃げ出し防止手段を備える構成としても良い。
また、前記チューブは、前記円筒室内に、前記回転軸の周りに少なくとも約２周分だけ巻き回されて配置される構成としても良い。
さらにまた、前記回転軸を駆動する駆動機構を更に備え、当該駆動機構は、前記加圧部材の内側に配置される構成としても良い。
また、前記駆動機構は、モータと、当該モータの出力を減速して前記回転軸に伝達する減速機構を備える構成としても良い。
また、前記モータは、時計用のモータを用いる構成としても良い。
また、前記駆動機構の出力軸と前記回転軸とを着脱自在に構成し、前記駆動機構のみを取り外し可能な構成としても良い。
また、前記回転軸を手動あるいは外部モータにより回転駆動する強制回転機構を更に備える構成としても良い。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、耐久性を高めることが可能なチューブポンプが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
＜チューブポンプの基本構成＞
図１は、本実施形態に係るチューブポンプ１の構成の概略を示す上面図であり、図２は、その透視図である。図１に示すように、チューブポンプ１は、その内部に円筒室１２が形成された基体としてのケース１０を有している。円筒室１２の内周面１２ａは、略円形であり、その一部には、チューブ３０の導入・導出口としての開口部１２ｂ、１２ｃ（図２参照）が形成されている。このケース１０は、例えばＮＢＲ等のゴム系材料やＡＢＳ等の合成樹脂の成形品で構成されている。当該ケース１０の上面及び下面には、上蓋及び下蓋（共に図示せず）が各々螺子止め固定される。上記円筒室１２の内部には、リング状の加圧部材１４が配置され、当該加圧部材１４の外周面の一部が上記円筒室１２の内周面に圧接することで、円筒室１２の内周面１２ａと加圧部材１４との間に配置されるチューブ３０（図２参照）を押圧する。
【００１３】
上記リング状の加圧部材１４の内側には、回転により上記リング状の加圧部材１４を偏心運動させるロータ１６が配置されている。ロータ１６は、円周の一部が外方向に突出した突出部１６ａを有する断面形状の柱状をなし、その中央部分は、柱状にくりぬかれて付勢部材収容部１８が形成されている。突出部１６ａには、ロータ１６の回転に従動して回転する回転体としてのローラ２３が、当該突出部１６ａに設けられたローラ回転軸２４に軸支されている。一方、付勢部材収容部１８には、当該ロータ１６を円筒室１２の内周面方向に付勢する付勢手段としての付勢部材１９が収容されている。付勢部材１９は、回転軸１７に軸支されロータ１６と回転一体に設けられたバネ押さえ２０と、当該バネ押さえ２０に設けられ付勢部材収容部１８の内側面を外側に向けて付勢する２本のコイルバネ２１ａ、２１ｂを有するバネ２１とを備えている。
【００１４】
上記バネ２１による付勢方向は、ロータ１６の円周上の突出部１６ａの突出方向（図１中、矢印Ａで示す）と概ね一致し、この付勢力により、突出部１６ａに設けられたローラ２３がリング状の加圧部材１４の内周面に圧接される。この構成において、ロータ１６は、回転軸１７の回転に伴うバネ押さえ２０の回転と一体となって回転し、この回転に伴って、ローラ２３が上記リング状の加圧部材１４の内周面に沿って転がりながら当該内周面を押圧しつつ移動し、これにより、加圧部材１４が偏心運動する。偏心運動により加圧部材１４の外周面と円筒室１２の内周面との隙間が最も狭くなる箇所ができ、この箇所で、後述するチューブ３０に押圧力が与えられることとなる。なお、この最も狭くなったときの隙間は、チューブ３０が完全につぶされたときの厚み（すなわち、チューブ３０の側壁の厚み分）と略同程度になるように設計されており、これにより、チューブ３０が押圧された際に、この押圧箇所でチューブ３０内に中空部を完全に無くすことができ、チューブ３０内を流体あるいは気体が逆流するのを防止できるようになっている。
【００１５】
図２に示すチューブ３０は、弾性材料から形成され、この弾性材料には、移送される流体あるいは気体に応じてゴム系や各種の合成樹脂製、シリコン等が使用される。チューブ３０をケース１０内に配置する際には、その一端を導入口たる開口部１２ｂから円筒室１２内部に送り込み、当該円筒室１２の内周面１２ａとリング状の加圧部材１４の外周面との隙間を通過させ、ロータ１６の周囲に約２周程度巻き回し、導出口たる開口部１２ｃから導出する。
【００１６】
ここで、ロータ１６が上記付勢部材１９により付勢され加圧部材１４の外周面の一部が円筒室１２の内周面に圧接されているため、チューブ３０の導入過程において、チューブ３０が、この圧接部にて侵入を阻止されてしまう。この場合には、ロータ１６による加圧部材１４への押圧を解き加圧部材１４の円筒室１２への圧接を解くべく、付勢部材１９の付勢力に抗してロータ１６を図１中矢印Ａで示す方向に引き下げ、加圧部材１４の外周面と円筒室１２の内周面との間に隙間を設け、この隙間にチューブ３０を通すようにする。また、このようにすることで、加圧部材１４と円筒室１２との間に、比較的大きな隙間を設けることができ、チューブ３０の導入時に、チューブ３０が加圧部材１４の外周面あるいは円筒室１２の内周面と摺擦し損傷するのが防止される。円筒室１２内に配置された後にあっては、チューブ３０は、チューブ３０の材質が有する弾性力よりも大きい付勢部材１９の付勢力でローラ２３により常に押圧された状態となる。ロータ１６（回転軸１７）が右回転（図２中矢印Ｂで示す）するとすれば、チューブ３０の吸込側３０ａは、チューブ３０の吐出側３０ｂよりも上方に位置し、また、左回転の場合には、その位置関係が逆になる（図示例では、右回転）。
【００１７】
ケース１０に設けられた、チューブ３０の導入口たる開口部１２ｂと、導出口たる開口部１２ｃとは、円筒室１２の中心（回転軸１７）を通るＩ−Ｉ’線に対して線対称に配置され、また、ケース１０の円筒室１２にあっては、図２及び図３に示すように、その開口部１２ｂから内部に向けて、円筒室１２の内周面とリング状の加圧部材１４の外周面との隙間が次第に狭まるように形成された導入区間Ｌ１が、円筒室１２の円周長における半周分に渡って設けられている。また、導出口たる開口部１２ｃにも同様に、その開口部１２ｃから内部に向けて導出区間Ｌ２が設けられている。これにより、これら導入区間Ｌ１及び導出区間Ｌ２では、その形状により、加圧部材１４が偏心運動によるチューブ３０への押圧力が、開口部１２ｂ、１２ｃから内部にかけて徐々に変化するため、ポンプ動作時の脈流が防止されることとなる。
【００１８】
また、上記のように、チューブ３０は、ロータ１６の回りに約２回り分だけ巻き回され、図３に示すように、導入区間Ｌ１から導出区間Ｌ２の間には、加圧部材１４によりチューブ３０を押圧し完全に押し潰すための押圧区間Ｌ２が、円筒室１２の円周長における１周分に渡って設けられる。これにより、円筒室１２内に配置されたチューブ３０の１箇所が、常に加圧部材１４により円筒室１２の内周面に完全に押し潰されるようになっているため、気体あるいは液体が逆流するのが完全に阻止されることとなる。
【００１９】
また、図１及び図２に示すように、リング状の加圧部材１４の上面には、内周側から外周側にかけて略矩形の溝部１５が形成され、この溝部１５には、図示せぬ上蓋に設けられた係止棒１１が、リング状の加圧部材１４が偏心運動するに伴い当該溝に沿って移動可能に嵌め込まれ、この溝部１５と係止棒１１とにより、加圧部材１４の自転を規制する規制手段が構成されている。すなわち、この溝部１５と係止棒１１との係合により、リング状の加圧部材１４が、偏心運動の際に、回転軸１７の回りに自転するのが規制される。
【００２０】
さて、図２に示す構成の下、回転軸１７が回転すると、ロータ１６が付勢部材１９と一体となって回転し、この回転に従動してローラ２３がリング状の加圧部材１４の内周面上を転がりながら移動する。このとき、加圧部材１４は、ローラ２３から押圧力を受ける箇所が円筒室１２の内周面にチューブ３０を挟むように圧接され、ローラ２３の移動（すなわち、ロータ１６の回転）に伴い偏心運動する。そして、この加圧部材１４の偏心運動により、チューブ３０が加圧部材１４により一方向（ロータ１６の回転方向）に順次押圧され、チューブ３０内を流体あるいは気体が移送されることとなる。
【００２１】
このように、本実施形態の構成によれば、リング状の加圧部材１４は、ロータ１６が直接当接し加圧部材１４の内周面上を摺動するのではなく、ロータ１６に設けられたローラ２３が加圧部材１４の内周面を押圧しながら転がって移動し、当該加圧部材１４が偏心運動するため、加圧部材１４は、駆動源であるローラ２３から転がり摩擦という比較的小さな摩擦力しか受けず、このローラ２３の移動に連動してリング状の加圧部材１４が円筒室１２の略中央に設けられた回転軸１７の回りを自転するのが防止され、これにより、リング状の加圧部材１４の自転によってチューブ３０が引っ張られ損傷するのが防止される。
【００２２】
さらに、リング状の加圧部材１４に対して回転軸１７の回りを自転してしまう程度の力が転がり摩擦によって与えられたとしても、当該加圧部材１４の溝部１５と当該溝部１５に嵌め込まれた係止棒１１により、その自転が完全に規制される。これにより、加圧部材１４の自転によるチューブ３０の損傷を完全に防止でき、また、チューブ３０が加圧部材１４の自転により引っ張られることにより、当該チューブ３０の端部が外部機器の接続端から抜けてしまうといった事も防止される。さらに、チューブ３０が加圧部材１４により引っ張られることが防止されるため、引っ張りによりチューブ３０の内径が変化し流量が変わってしまうといった事も防止でき、流量を安定化させることが可能となる。
また、リング状の加圧部材１４とローラ２３との間の摩擦力は、比較的小さな転がり摩擦であるため、摩擦によりポンプ効率が低下するのを防止でき、ポンプ効率を高く維持することが可能となる。
【００２３】
さらに、本実施形態の構成によれば、ローラ２３とリング状の加圧部材１４との間の摩擦力は、比較的小さな転がり摩擦であるため、ローラ２３による加圧部材１４の押圧箇所で摩擦による磨耗が発生し、ポンプ内に磨耗粉が溜まったりするのが防止される。さらに、磨耗を防止できるため、この磨耗により、ローラ２３と加圧部材１４との間に隙間ができることで、チューブ３０に対する押圧力が弱まり、押圧しているにも拘らずチューブ３０の入力側と出力側の間が貫通し、結果的にチューブポンプ１の移送量が減少するといったことが防止され、常に必要な移送量を確保できる。
【００２４】
さらにまた、本実施形態の構成によれば、付勢部材１９の付勢力によりチューブ３０が加圧部材１４により押圧されるため、ローラ２３あるいはリング状の加圧部材１４の寸法が磨耗により変化したり、ロータ１６（ローラ２３）とリング状の加圧部材１４との配置関係に多少ずれが生じたとしても、付勢力により、ロータ１６（ローラ２３）と加圧部材１４との配置関係が適正に維持され、確実にチューブ３０に押圧力を与えることが可能となる。換言すれば、ロータ１６（ローラ２３）とリング状の加圧部材１４との配置関係に多少ずれがあったとしても、付勢部材１９の付勢力により、そのずれが補正されるため、組立性がよい。また、上記付勢部材１９は、２本のコイルバネ２１ａ、２１ｂにより付勢力を発生する構成となっているため、これらのコイルバネ２１ａ、２１ｂを換装するだけで、チューブ３０に与える押圧力を容易に調節可能であり、これにより、チューブ３０の径などの寸法が同じであれば、様々な材質（すなわち弾性力）のチューブ３０に対応して押圧力を調整するのも容易となる。また、コイルバネ２１ａ、２１ｂの付勢力が劣化したとしても、容易に換装可能となる。
【００２５】
また、本実施形態の構成によれば、リング状の加圧部材１４がチューブ３０を押圧する構成であるため、当該押圧箇所の接触面積（接触極率）を極力小さくすることができ、チューブ３０に加圧部材１４が食い込んで、チューブ３０を押圧する際に、当該チューブ３０を偏心運動する方向に引っ張って損傷させてしまうという事が防止できる。また、チューブ３０の押圧箇所の接触面積（接触極率）を極力小さくすることができるため、チューブ３０に与える応力振幅を微視的に小さくでき、チューブ３０の疲労破壊を抑制することが可能となると共に、チューブ３０の耐久性を向上させることが可能となる。
【００２６】
以上、本実施形態に係るチューブポンプ１の基本的構成について説明したが、本発明は、この構成に限定されるものでなく、次のような変形を加えることも可能である。
【００２７】
例えば、チューブポンプ１がロータ１６を付勢する付勢部材１９を備え、この付勢力により加圧部材１４にてチューブ３０を押圧する構成について説明したが、この構成に加え、チューブ３０への押圧力を解除する押圧力解除手段を備える構成としても良い。具体的には、図４に示すように、押圧力解除手段は、付勢部材１９の付勢力に抗してリング状の加圧部材１４を円筒室１２の中心方向（回転軸１７）に移動させ、この加圧部材１４によるチューブ３０への押圧力を解除するものであり、円筒室１２に螺合する構造を有したカバー部材４０を備えている。
【００２８】
詳述すると、このカバー部材４０の外周面４０ｂ及び円筒室１２の内周面１２ａには、螺子溝が彫られており、カバー部材４０が円筒室１２にねじ込み可能となっている。このカバー部材４０の内側面４０ｂは、傾斜構造を有し、カバー部材４０の下端（図中下側）から上端（図中上側）にかけて、その内径が次第に小さくなる形状となっている。なお、カバー部材４０の側壁の厚さｍは、リング状の加圧部材１４によってチューブ３０を押し潰したときの加圧部材１４の外周面と円筒室１２の内周面との隙間より僅かに小さくなっている。この構成の下、カバー部材４０を円筒室１２に図中矢印Ｃで示す方向に回転させながらねじ込むことで、当該カバー部材４０が図中矢印Ｄに示すように、円筒室１２内に入り込む。そして、加圧部材１４の上端がカバー部材４０の内側面４０ｂの傾斜に接触し、カバー部材４０が円筒室１２内に沿って進入するに従い加圧部材１４がバネ２１の付勢力に抗して円筒室１２の中心部（回転軸１７）方向（図中矢印Ｅで示す）に移動し、これにより、加圧部材１４によるチューブ３０への押圧力が解除されることとなる。
【００２９】
このように、チューブ３０への押圧力を解除する押圧力解除手段を備えた構成とすることで、チューブポンプ１にポンプ動作をさせないとき（例えば出荷時など）に、チューブ３０に対して加圧部材１４からの押圧力を解除でき、これにより、チューブ３０が潰れるなどして、チューブ３０の弾性力が失われてしまうといった事が防止される。
また、長期の不使用状態があったとしても、チューブ３０の弾力性を損なうことがないため、弾力性の劣化によって適切な流量が得られなかったり、チューブ３０の耐久性に影響を及ぼすといった事が防止される。
【００３０】
なお、上記実施形態においては、ロータ１６及び当該ロータ１６に設けられたローラ２３が付勢部材１９により付勢される構成について説明したが、ローラ２３がリング状の加圧部材１４に向けて付勢されつつ、当該加圧部材１４の内周面上を転がりながら移動する構成であれば良い。例えば、図６に示すように、一端が回転軸１７に連結され、リング状の加圧部材１４の内周面に沿って屈曲し、その他端がリング状の加圧部材１４の内周面近傍に位置する板バネ１９’の当該他端に、ローラ２３を設ける構成としても良い。この構成によれば、回転軸１７の回転と一体となって板バネ１９’が回転し、これと従動してローラ２３が転がりながら加圧部材１４の内周面上を移動する。このとき、ローラ２３は、板バネ１９’により、常にリング状の加圧部材１４を押圧するように付勢されている。
このように、ロータ１６と付勢部材１９の機能とを板バネ１９’に集約し一体構造とすることで、部品点数の削減が可能となると共に、その組み立ても簡単になり、製造コストを削減することが可能となる。
なお、加圧部材１４の内周面上を転がりながら移動する回転体の一例としてローラ２３を例示したが、これに限らず、例えば球状のものであっても良い。
【００３１】
＜駆動機構の説明＞
次いでロータ１６を回転させるための駆動機構について説明する。上記チューブポンプ１にあっては、回転軸１７を回転駆動するのは、手動であっても、モータなどを用いても良いが、以下の説明では、ステッピングモータによって回転軸１７を回転させる構成について例示する。
【００３２】
図７は、本実施形態に係るチューブポンプ１の構成を示す断面図である。なお、この図において、図１乃至図６に示したものについては、同一の符号を付し、その説明を省略する。この図に示すように、回転軸１７を回転駆動する駆動機構５０は、リング状の加圧部材１４に囲まれ、上記付勢部材１９やローラ２３、ロータ１６等を備えるポンプ部の下側のスペーサ４５で仕切られた空間に配置されている。このように、駆動機構５０とポンプ部とを積層構造とすることで、小型化が可能となる。
【００３３】
駆動機構５０は、ステッピングモータ６０と減速機構７０と（共に後述）を備え、駆動機構５０の出力軸５２が上記回転軸１７に接続されている。ここで、出力軸５２の上端には突条（マイナス形状の突起）５２ａが設けら、回転軸１７の下端にはマイナス溝（不図示）が設けられており、出力軸５２と回転軸１７とが凸凹形状で係合する構成となっており、ポンプ部とは別体に駆動機構５０だけを取外し可能となっている。また、駆動機構５０の出力軸５２の上側に位置する軸受け５３は、回転軸１７の下側の軸受けとしても機能し、軸受けの共通化が図られている。このように、ポンプ部と駆動機構５０とを別体にすることで、仕様に応じてポンプ部とステッピングモータ６０とを自由に組み合わせ、設定できる。また、チューブ３０あるいは駆動機構５０が破損した場合でも、壊れた方のユニットのみを交換するだけで、破損に対応できる。特に医療用などに用いられる場合、薬剤・患者に応じた対応が必要なときに、ポンプ部を交換するだけで、衛生上、何ら問題無く使用することが可能となる。
【００３４】
また、上記回転軸１７には、付勢部材１９の構成部であるバネ押え２０が回転一体に取付けられ、この回転軸１７の上端は、上蓋２の軸受け１７ａに支えられている。なお、この上蓋２に、上述したチューブ３０への押圧力を解除する機構が設けられる構成としても良い。上記のように、ロータ１６の先端には，ローラ回転軸２４により回転可能に支持されたローラ２３が取付けられ、このローラ２３が、リング状の加圧部材１４をケース１０側に押圧する構成となっている。また、図示のように、リング状の加圧部材１４は、上蓋２と下蓋３で上下から挟まれているだけであり、ケース１０の側壁方向に移動可能な構造となっている。従って、加圧部材１４が偏心運動する際に、その上面又は下面が上蓋２あるいは下蓋３と摺擦するときの摩擦によってその動きが規制されるのを防止すべく、加圧部材１４は、摩擦係数をより小さなものとすべく、ポリアセタール等の摩擦係数の小さな材質で成形されている。
【００３５】
リング状の加圧部材１４の外周面と、ケース１０（円筒室１２）の内周面１２ａとの間には、チューブ３０が配置され、常に一箇所が完全に押し潰された状態となっている（図示例では左側）。ここで、チューブ３０の潰し過ぎの防止、及び、チューブ３０がケース１０と加圧部材１４との間から逃げるのを防止するために、上蓋２及び下蓋３の各々には、突起２ａ、２ｂが設けられている。具体的には、上蓋２及び下蓋３がケース１０に装着されたときに、この突起２ａ、２ｂが、加圧部材１４の外周面とケース１０の内周面１２ａとの間に配置され、この突起２ａ、２ｂにより、加圧部材１４のケース１０の内周面方向への移動が規制され、チューブ３０を完全に押し潰したときの肉厚に相当する程度の隙間が設けられることとなる。
【００３６】
また、同図に示すように、チューブ３０を加圧部材１４により完全に押し潰したときには、チューブ３０は縦長の楕円状に変形する。このとき、図８に示すように、加圧部材１４の高さが、変形後のチューブ３０の縦方向の最上点３０ｃよりも低い位置にあると、この最上点付近でチューブ３０が加圧部材１４の上面に回り込んでしまい、チューブ３０を押し潰しきる事ができず、その内部に中空部分が残ってしまう。これにより、流体あるいは気体の逆流や脈流といった様々な問題が生じる。そこで、本実施形態では、加圧部材１４の高さを、チューブ３０を完全に押し潰したときの縦方向の最上点３０ｃより高くなるように構成し、これにより、最上点３０ｃ付近でチューブ３０が加圧部材１４の上面に回り込むのを防止している。
【００３７】
また、上述したように、本実施形態では、ケース１０の円筒室１２内に配置されたチューブ３０に対し、一箇所を完全に押し潰す状態を常に維持するようにすべく、チューブ３０を、回転軸１７の回りに２周分巻き回す構成としている。具体的には、図７に示すように、図面右側上方から導入されたチューブ３０は、回転軸１７の回りに２周分巻き回されて図面左側下方からケース１０の外部に導出される。ここで、ケース１０（円筒室１２）の内周面のうち、導入口及び導出口に相当する箇所１０ａ、１０ｂの肉厚は、他の箇所よりも薄く形成され、加圧部材１４によりチューブ３０が完全には押し潰されないようになっている。すなわち、円筒室１２の断面内には、チューブ３０が高さ方向に２本配列することとなるものの、加圧部材１４により完全に押し潰されるのは、いずれか１本のみである。このことを考慮して、ケース１０（円筒室１２）の内周面の高さは、加圧部材１４がチューブ３０を完全に押し潰すべく内周面方向に移動したときの、チューブ３０の変形後の最上点３０ｃの高さよりも高く設定されている。これにより、押圧時にチューブ３０がケース１０の上面に回り込まないように設定されている。
【００３８】
さらに、押圧時には、加圧部材１４とケース１０（円筒室１２）との間の隙間からケース１０の上部あるいは下部、及び、加圧部材１４の上部あるいは下部に至る経路は、上蓋２及び下蓋３の各々に設けられた突起２ａ、３ａにより塞がれ、これによっても、チューブ３０が押し潰されたときに、この最上点３０ｃがケース１０の上面あるいは加圧部材１４の上面に回り込むのが防止される。なお、ケース１０の内周面１２ａの高さ、及び、加圧部材１４の高さは、チューブ３０を完全に押し潰したときの最上点３０ｃの高さよりも僅かに高く設定する程度とすることで、チューブ３０を完全に押し潰すことを達成すると共に、装置を最も小型化することが可能となる。
【００３９】
次いで、上記駆動機構５０の詳細な構成について説明する。図９は、駆動機構５０の構成を示す上面図であり、図１０は、図９のＩＩ−ＩＩ’線における断面図である。これらの図に示すように、駆動機構５０は、コイル６０ａと、透磁性材料から形成されたステータ６０ｂと、2極のロータ磁石６０ｃとを備えるステッピングモータ６０と、ロータ磁石６０ｃの回転を減速して伝達する４段の減速機構７０を有している。このステッピングモータ６０は、指針式の腕時計などに内蔵されるモータと略同様のものであり、図１０に示すように、コイル６０ａ、ステータ６０ｂ、ロータ磁石６０ｃの各々が平面的に配置されている。このような構成のモータを用いることにより、駆動機構５０の小型化及び薄型化が図られ、また、各々を分散配置することが可能となり、少ないスペースでも従来のステッピングモータよりコイル６０ａの体積を多くとることが可能なため、高効率を達成でき、低消費電力化が可能となる。
【００４０】
上記減速機構７０は、ロータ磁石６０ｃの１番カナ６０ｄと噛合する２番歯車６２と、この２番歯車６２の２番カナ６２ａと噛合する３番歯車６３と、この３番歯車６３の３番カナ６３ａと噛合する４番歯車６４と、この４番歯車６４の４番カナ６４ａと噛合する５番歯車６５とを備え、これら２番歯車６２〜５番歯車６５の４つの歯車により４段減速機構が構成されている。ロータ磁石６０ｃ及び２〜４番歯車６２〜６４の各歯車は、平面配置されるように地板６７及び輪列受６９に嵌め込み固定されたルビー（軸受）により軸支され、地板６７と輪列受６９とは，受け足６８により高さ方向の位置決めがなされている。また、駆動機構５０の出力軸５２（すなわち、５番歯車６５の出力軸５２）は、上記のように、回転軸１７と共通の軸受けである軸受５３に軸支され、この軸受５３は、輪列受６９に取付けられている。出力軸５２の上端には、突条（マイナス形状の突起）５２ａが設けられ、ポンプ部を駆動する回転軸１７と着脱可能に接続されている。なお、本実施形態では、一般的な時計の輪列機構と比較して、地板６７と輪列受６９との配置が逆になっているものの、本発明は、これに限定されるものではない。
【００４１】
上記ステッピングモータ６０のコイル６０ａに、外部から制御信号が入力されると、この制御信号によりステータ６０ｂが励磁されロータ磁石６０ｃが回転する。この制御信号には、様々な種類の入力信号があるが、本実施形態では、図１１に示すように、最も簡単な信号である正負のパルス信号を制御信号として用いている。この制御信号を用いた場合、制御パルスの正負の信号により、ステータ６０ｂ内を流れる電流の方向が切り替わり、交番磁界が生成されることで、ロータ磁石６０ｃが回転することとなる。このロータ磁石６０ｃの回転は、減速機構７０により減速されながら、５番歯車６５の出力軸５２に伝達され、この出力軸５２の回転が、上記のように、回転軸１７に伝達される。ここで、制御信号の電圧振幅Ｈとパルス幅Ｗとを適宜設定することにより、ポンプ動作時に必要なトルクを生成することが可能である。すなわち、トルク値を極力必要最低限の値とすることで、省電力化を実現することができる。
【００４２】
このように、本実施形態の駆動機構５０によれば、大きい減速比を有する減速機構７０がステッピングモータ６０の出力を減速して伝達し出力する構成となっているため、時計用のモータ等の比較的小さなトルクしか発生しないモータを用いた場合であっても、そのトルクを、ポンプ動作時に必要となる大きさで出力することが可能となる。
また、減速機構７０により、ステッピングモータ６０の回転を減速して出力することで、上記リング状の加圧部材１４の偏心運動速度を遅くし、ポンプ動作時の超微量吐出を可能としている。特に、当該チューブポンプ１を医療用の薬剤注入ポンプとして使用する場合などに、微量の薬剤を長時間に渡って持続的に注入する際に効果を発揮することとなる。また、時計並の超低消費電力を実現できることから、携帯型の小型ポンプが実現可能となる。
【００４３】
なお、ステッピングモータ６０を有する駆動機構５０により回転軸１７を回転する構成について説明したが、さらに、当該回転軸１７あるいは駆動機構５０の出力軸５２を手動あるいは外部モータにより強制的に回転可能とする強制回転機構を有する構成としても良い。
【００４４】
図１２は、上記強制回転機構の構成をチューブポンプ１と共に模式的に示す断面図である。この図に示すように、強制回転機構８０は、一端が回転軸１７に接続されたアーム部８１を有し、このアーム部８１の回転により回転軸１７が強制的に回転されるように構成されている。更に、本例では、強制回転機構８０は、アーム部８１の回転をステッピングモータ６０に伝達させないためのクラッチ機構８２を備えている。具体的には、クラッチ機構８２は、外部から出力軸５２に一定以上のトルクが加わった場合に、当該出力軸５２と上記減速機構７０とを切断するものであり、出力軸５２に設けられ、当該出力軸５２に連結すべき減速機構７０の５番歯車６５を当該出力軸５２の軸線上方に付勢する板バネ８３と、出力軸５２に形成された突起であり当該板バネ８３によって付勢された５番歯車６５の上方位置を規制する規制突起５２ｂとを備えている。
【００４５】
この構成の下、ステッピングモータ６０による駆動の場合には、減速機構６５の５番歯車６５が板バネ８３と規制突起５２ｂとに挟持され、板バネ８３と５番歯車６５との間の摩擦により出力軸５２と連結し、ステッピングモータ６０の回転が減速機構６５を介して出力軸５２に伝達される。一方、上記アーム部８１により強制的に回転軸１７を回転させた場合には、出力軸５２が回転軸１７と連動して回転するものの、この回転トルクが一定以上のときには、５番歯車６５と板バネ８３との摩擦による連結が絶たれ、板バネ８３が５番歯車６５上を摺動するため、出力軸５２と減速機構６５の連結が絶たれ、アーム部８１の回転がステッピングモータ６０に伝達されなくなる。
【００４６】
このように、強制回転機構８０を設けることで、ステッピングモータ６０に動力を伝達する事無く、回転軸１７を手動あるいは外部モータで任意の速度で回転させて、ポンプ動作を行うことが可能となる。特に、チューブ３０内に液体あるいは気体を充満させる際に、上記強制回転機構８０により回転軸１７を高速に回転させることで、充満に要する時間を短縮することが可能となる。特に、ステッピングモータ６０による駆動時の吐出量が微量吐出に設定されている場合（例えば、加圧部材が１周分だけ偏心運動するのに１時間要するような場合）には、ステッピングモータ６０の駆動によりチューブ３０内に液体あるいは気体を充満させるには、非常に時間がかかるものの、上記構成によれば、強制回転機構８０により、その時間を短縮できる。また、チューブ３０内から液体あるいは気体を排出するための時間も端出することが可能となる。
【００４７】
また、微量吐出から急速吐出までの広範囲の吐出が要求された場合に、安定的に回転するモータは少なく、さらに、このような要求に耐え得るモータで、なおかつ、低消費電力化が可能なモータは皆無に等しい。しかしながら、上記構成を用いれば、強制回転機構８０による回転軸１７の回転速度を調整することで、ステッピングモータ６０で対応できない範囲を補うことが可能となり、ポンプ動作における微量吐出から急速吐出の広範囲の吐出を達成することができる。
特に医療用のポンプにあっては、薬剤投入量を時間により変化させる場合がある。例えばインシュリン注入の場合には常時微量吐出動作が行われ、食事後には急速注入が必要となる。このような場合でも、当該チューブポンプ１によれば、微量吐出及び急速吐出に十分対応することが可能となる。
【００４８】
さらにまた、強制回転機構８０がクラッチ機構８２を備え、外部から出力軸５２に一定以上のトルクが加わった場合に、当該出力軸５２と上記減速機構７０とを切断する構成としたため、強制回転機構８０により、回転軸１７に大きなトルクを加えたとしても、ステッピングモータ６０に伝達されないため、ステッピングモータ６０の損傷を防止することができる。また、強制回転機構８０により回転軸１７を駆動する際に、ステッピングモータ６０側からのトルクが加わることが無いため、回転軸１７を効率良く回転させることが可能となる。また、ステッピングモータ６０が故障したとしても、この強制回転機構８０により回転軸１７を回転させることで、緊急的にチューブポンプ１を使用することが可能となる。
【００４９】
以上説明したように、本実施形態のチューブポンプ１によれば、耐久性を高めることが可能であり、なおかつ、小型化、低消費電力化及び広範囲にわたる吐出量に対応することが可能となる。
特に、携帯型医療用ポンプにあっては、微量吐出、小型、低消費電力、高い耐久性、及び衛生的という要素が要求されるものの、本実施形態のチューブポンプ１によれば、これら全ての要求を同時に満足することが可能となり、携帯型医療用ポンプとして有効なポンプが提供されることとなる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施形態に係るチューブポンプの構成を示す上面図である。
【図２】上記チューブポンプの構成を示す上面透視図である。
【図３】円筒室内に配置されたチューブの押圧を説明するための図である。
【図４】上記チューブポンプの構成を示す断面図であり、押圧力解除手段の構成を説明するための図である。
【図５】上記チューブポンプの構成を示す断面図であり、押圧力解除手段の構成を説明するための図である。
【図６】上記チューブポンプの他の態様を示す上面図である。
【図７】上記チューブポンプの構成を示す断面図である。
【図８】上記チューブの加圧部材上面への回り込みを説明するための図である。
【図９】駆動機構の構成を示す上面図である。
【図１０】上記駆動機構の構成を示す断面図である。
【図１１】上記駆動機構に入力する制御信号を模式的に示す図である。
【図１２】強制回転機構の構成を上記チューブポンプと共に模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００５１】
１…チューブポンプ、１２…円筒室、１２ａ…内周面、１４…加圧部材、１６…ロータ、１７…回転軸、１９…付勢部材、１９’…板バネ、２１…バネ、２３…ローラ、２４…ローラ回転軸、３０…チューブ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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